Émetteur-récepteur optique: un composant central pour la transmission d'informations

À une époque des progrès rapides des technologies de l'information, les services sur lesquels nous comptons, tels que Internet, le cloud computing et les mégadonnées, reposent tous sur un composant électronique crucial: l'émetteur-récepteur optique. Un intégré émetteur-récepteur optique , il effectue la tâche cruciale de la conversion des signaux électriques en signaux optiques dans les systèmes de communication en fibre optique. Sans émetteurs-récepteurs optiques, les signaux électriques seraient impossibles à transmettre sur de longues distances et à des vitesses élevées à travers les fibres optiques, et les réseaux de communication modernes seraient impossibles.

Conversion optoélectronique: comment fonctionnent les émetteurs-récepteurs optiques
La fonction centrale d'un émetteur-récepteur optique réside dans son mécanisme de conversion bidirectionnel: conversion optique à électrique à l'extrémité de transmission et conversion électrique à optique à l'extrémité de réception.

Pour transmettre des signaux, un émetteur-récepteur optique reçoit des signaux électriques à partir de périphériques réseau (tels que des commutateurs ou des routeurs). Ces signaux électriques passent à travers un IC de conducteur interne, contrôlant avec précision un laser semi-conducteur. Le laser s'allume rapidement à une fréquence extrêmement élevée basée sur les informations numériques du signal électrique, convertissant les signaux "0" et "1" dans le signal électrique en impulsions légères d'intensités variables. Ces impulsions légères sont ensuite focalisées et couplées dans la fibre optique pour la transmission à longue distance. Ce processus convertit les signaux électriques en signaux optiques.

Pendant la réception du signal, un module optique reçoit des signaux optiques transmis à partir d'une fibre optique. Ces impulsions légères faibles sont détectées par un photodétecteur interne, généralement par photodiode à broches ou photodiode d'avalanche (APD). Sa fonction est de convertir le signal optique en un signal électrique. Ce signal électrique est ensuite amplifié par un amplificateur de transcompétisation (TIA) et façonné par un amplificateur limitant (LA), le restaurant à un signal numérique cohérent avec le signal d'origine de transmission à l'équipement de réseau en aval. Ce processus complète la conversion du signal optique en un signal électrique.

Avancement des performances: de la basse vitesse à la vitesse ultra-élevée
L'évolution technologique des modules optiques est une histoire de poursuite continue de vitesses plus élevées, de distances plus longues et de consommation d'énergie plus faible.

Les premiers modules optiques avaient de faibles débits de données et étaient principalement utilisés dans les scénarios de communication à courte distance et à faible bande passante. Avec l'adoption généralisée d'Internet et la surtension du trafic de données, des demandes plus élevées ont été placées sur la vitesse et les performances des modules optiques. Les innovations technologiques se reflètent principalement dans les domaines suivants:

Technologie de modulation: Pour augmenter les vitesses de transmission sans augmenter les taux de bauds, les modules optiques sont passés de la modulation traditionnelle non retour à zéro (NRZ) à la modulation d'amplitude d'impulsion à quatre niveaux (PAM4). La modulation PAM4 peut transmettre deux bits d'informations par cycle d'horloge, doublant le taux de transmission par rapport à NRZ et devenant la technologie grand public pour les modules optiques à grande vitesse.

Composants optiques principaux: Pour prendre en charge des vitesses plus élevées et des distances plus longues, les lasers et les photodétecteurs dans les modules optiques sont mis à niveau en continu. Par exemple, les lasers modulés par électro-absorption (EML) sont utilisés pour répondre aux exigences à grande vitesse, tandis que les photodiodes d'avalanche (APD) sont utilisées pour améliorer la sensibilité du récepteur, permettant une transmission à longue distance.

Communication optique cohérente: pour la transmission du réseau de squelette à ultra-distance et à haute capacité, les modules optiques utilisent une technologie de communication optique cohérente. Cette technologie module les informations en utilisant plusieurs dimensions de la lumière, telles que l'amplitude, la phase et la polarisation, et utilise des puces de traitement du signal numérique (DSP) pour la démodulation complexe, augmentant considérablement la distance et la capacité de transmission.

Formulaire de package: adaptabilité des applications diversifiée
Les modules optiques ont plus d'un facteur de formulaire de package. Diverses normes ont évolué en fonction de différentes vitesses, tailles, consommation d'énergie et scénarios d'application. Ces formulaires de package déterminent le facteur de forme physique et le type d'interface du module optique.

Les formulaires de package communs dans l'industrie comprennent SFP, SFP, QSFP, QSFP28, OSFP et CFP. Ces conventions de dénomination reflètent généralement la notation de vitesse et le nombre de canaux du module optique. Par exemple, la SFP est couramment utilisée pour les vitesses de 10 g, tandis que QSFP28 est couramment utilisé pour les vitesses de 100 g et utilise une conception à quatre canaux.

Un package est plus qu'un simple shell. Il intègre des dispositifs optoélectroniques complexes, des circuits de pilote et des puces de contrôle. La conception structurelle de l'emballage doit considérer la dissipation de la chaleur, car les modules optiques à grande vitesse consomment une puissance élevée. Une dissipation de chaleur efficace est essentielle pour assurer un fonctionnement stable à long terme.

L'interface optique d'un module optique est également cruciale. Par exemple, l'interface LC est couramment utilisée dans les petits modules optiques en raison de sa taille compacte. L'interface MPO, en revanche, peut intégrer plusieurs fibres dans une seule interface, ce qui le rend adapté aux modules optiques multicanaux à haute densité, tels que ceux utilisés dans les connexions internes du centre de données.

Avec le déploiement complet de la 5G, du cloud computing et de l'Internet des objets, la demande de modules optiques continuera de croître. Les futurs modules optiques seront plus que des dispositifs de conversion photoélectriques simples. Ils seront profondément intégrés à l'équipement réseau et intégreront même des fonctions plus intelligentes, devenant le noyau soutenant l'infrastructure de réseau future.